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河南城建学院本科毕业设计（论文） 过热汽温控制系统的基本方案
不要求无差，所以一般都选P调节器，也可采用PD调节器，但这增加了系统的复杂性，在一般情况下，采用P调节器就足够了，如果主、副回路频率相差很大，也可以考虑采用PI调节器。
（2）主调节器的选型
主调节器的任务是准确保持被调量符合生产要求。凡是需采用串级控制的生产过程，对控制的品质都是很高的，不允许被调量存在静差。因此主调节器必须具有积分作用，一般都采用PI调节器。如果控制对象惰性区的容积数目较多，同时又有主要扰动落在副回路以外的话，就可以考虑采用PID调节器。
3、主、副回路调节器调节规律的选择原则
（1）主参数控制质量要求不十分严格，同时在对副参数的要求也不高的情况下，为使两者兼顾而采用串级控制方式时，主、副调节器均可以采用比例控制。
（2）要求主参数波动范围很小，且不允许有余差，此时副调节器可以采用比例控制，主调节器采用比例积分控制。
（3）主参数要求高，副参数亦有一定要求这时主、副调节器均采用比例积分形式。
3.4串级汽温控制系统的整定
在如图3.3所示的串级系统中，因为两个调节器串在一起，在一个系统中工作，相互之间或多或少的有些影响，因此在串级系统的整定要比简单系统复杂些。
图3.3 串级控制系统方框图
1、两步整定法：先整定副控制器，后整定主控制器
（1）先整定副调节器
当副回路受到阶跃扰动时，在较短时间内副回路控制过程就告结束。在此期间，主回路基本上不参加动作，由图3.3得整定副回路时的方框图，如图3.4 （a）所示。可按单回路系统的整定方法整定副调节器WT2?s?。 （2）整定主调节器
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当主回路进行控制时，副回路几乎起理想随动作用，由图3.3可得
R2(s)?Y2(s)Wm2(s)
从而求得副回路的闭和传递函数
Y2(s)1? （3.2） R2(s)Wm2(s)
(a) (b)
图3.4 主副调节器分别独立整定时的方框图
即在主回路中副回路可看作一个比例环节，由此画出整定主回路时的方框图，如图3.4（b）所示。可按单回路系统的整定方法整定主调节器WT1?s?的参数。
按上述步骤整定系统后，通常应满足?2?3?1（?1、?2分别为主、副回路主导衰减振荡成分的频率）。要达到此要求整定时应考虑以下几个问题：
① 对象的动态特性。控制对象前区动态特性W02(s)与整个控制对象的动态特性
W0(s)?W01(s)W02(s)相比，应有较小的迟延和惯性。
② 调节器类型的选择。副调节器WT2(s)可选用P（或PD）调节器，主调节器应选用PI调节器，以使副回路有较高的衰减振荡频率。
③ 整定指标的选择。副回路可取较低的稳定性裕量（例如??0.75）而主回路则取较高的稳定性裕度（例如??0.9）。
另外，按此方法整定串级系统时还应考虑控制对象惰性区动态特性的求取。在图3.4中，控制对象导前区的特性W02(s)可直接由实验测得，而惰性区的特性W01(s)不一定能直接由实验获得，但整个控制对象的动态特性W0(s)?W01(s)W02(s)总是可以由实验测得，因此对象惰性区的动态特性W01(s)原则上可以由W0(s)和W02(s)算出：
W0(s) （3.3） W02(s) W01(s)?
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例如：锅炉过热蒸汽温度控制对象及其导前区的动态特性常可表示为：
W0(s)?W01(s)W02(s)?K0?1(s)? （3.4） ?(s)(1?T0s)n0W02(s)??2(s)K2? （3.5） n?(s)(1?T2s)2式中：?为减温水阀门的开度。利用级数展开和低阶近似，惰性区的动态特征可表示为： W01(s)?200?1(s)K1? （3.6） n?2(s)(1?T1s)1式中： K1??n0T0?n2T2? K0nT?nT;T1?;n1?K2n0T0?n2T2n0T02?n2T222222 如果控制对象及其导前区动态特性可以用式（3.4）、（3.5）来表示，而且有n2?2和n0?3，那么当 n0T0?3n2T2时（n0T0和n2T2分别为W0(s)和W02(s)分母中s项的系数），可以满足主、副调节器按图3.4分别整定的条件，而惰性区对象表示为：
K0 （3.7） K1K2W01(s)?? (1?T0s)n0(1?T0s)n0这样避免了由W0(s)和W02(s)计算出W01(s)的麻烦，尤其用阶跃响应实验曲线整定主调节器时更为简便。因此在式（3.7）假定下：
?????? ????? （3.8）
?Tc?0?Tc?1式中：??/Tc?0为控制对象W0(s)阶跃响应实验曲线上?与Tc的比值，它实际往往无法由实验曲线上直接获得（如在过汽温对象中）。 在此方法下主副控制器参数的工程整定如下：
(1) 在工况稳定，主、副控制器都在纯比例作用的条件下，将主控制器的比例度先固定在100％的刻度上，然后逐渐减小副控制器的比例度，求取副回路在满足某种衰减比(如4：1)过渡过程下的副控制器比例度δ
2S
和操作周期T2S。
(2) 在副控制器比例度等于δ2S，的条件下，逐步减小主控制器的比例度，直至得到同样衰减比下的过渡过程，记下此时主控制器的比例度δ1S。和操作周期T1S 。 (3) 根据上面得到的δ1S、、T1S、δ2S、、T2S计算主、副控制器的比例度、积分时间和微分时间。
(4) 按“先副后主”、“先比例次积分后微分”的整定方法，将计算出的控制器参
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数加到控制器上。
(5)观察控制过程，适当调整，直到获得满意的过渡过程。
2、一步整定法：即根据经验先将副控制器一次放好，不再变动，然后按一般单回路控制系统的整定方法直接整定主控制器参数。
表3.1 采用一步整定法副控制器参数选择范围
副变量类型 温度 压力 流量
液位
副控制器比例度δ2％ 20～60
副控制器比例放大倍数KP2 5.0～1.7 3.0～1.4 2.5～1.25 5.0～1.25
30～70
40～80 20～80
一步整定法的整定步骤如下。
(1)在生产正常，系统为纯比例运行的条件下，按照上表所列的数据，将副控制器比例度调到某一适当的数值。
(2)利用简单控制系中任一种参数整定方法整定主控制器的参数。
(3)如果出现“共振”现象，可加大主控制器或减小副控制器的参数整定值，一般即能消除。
经过以上两种方法的整定副调节器的参数得??3，主调节器整定出的参数得
??4.1;Ti?55。
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